γ-射线辐照对魔芋葡甘聚糖结构的影响研究

王 博，师 宣，钟 耕，2

（1.西南大学食品科学学院，重庆400716；2.重庆市魔芋工程中心，重庆 400716）

魔芋葡甘聚糖（konjak glucomannan，简称KGM）是魔芋块茎中所含的储备性多糖，它是由β-D-葡萄糖和β-D-甘露糖按1∶1.5～1∶1.7的比例通过β-1，4糖苷键连接起来的高分子多糖，在主链甘露糖的C3位上存在着通过β-1，3键结合的支链，支链很短，只有几个糖残基。KMG分子除了葡萄糖和甘露糖外，还含有微量的乙酰基。一般说来，KGM的分子量可达106数量级[1]。高分子量一方面使其具有优良的增稠性、凝胶性，另一方面由于分子量大、粘度高、溶解度小，使其应用范围受到很大限制。因此，近年来研究者们运用各种手段对KGM进行改性，以扩大其应用范围。γ-辐照技术是一种对多聚糖具有改性作用的物理方法，具有高效、成本低廉的优点。国内，孙远明等[2]研究辐照对KGM物理化学性能的影响，表明辐照可实现KGM的可控降解，KGM糖苷键断裂引起羰基或双键的产生。在国外，Panida Prawitwong等[3]利用紫外光谱和红外光谱初步探讨了辐照对KGM结构的影响，结果表明在高剂量（可达100kGy）下其基本化学结构未发生重大变化，未有新的基团产生，仅引起羰基基团增多，特性粘度随辐照剂量的增大而降低。本研究通过分析γ-射线辐照对魔芋葡甘聚糖结构的影响，为进一步探索辐照对KGM降解提供研究基础。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

魔芋葡苷聚糖 购于重庆里茂农产品有限公司，为普通魔芋粉特级，其葡甘聚糖的含量为73.75%；60Coγ辐照源 上海核新辐照厂；RW20.N电动搅拌机 最大搅拌量20L（水）、两档转速范围60～500r/min、240～2000r/min，德国IKA公司；UV-2450型紫外可见分光光度计、傅立叶变换红外光谱仪 日本岛津公司；X’Pert PRO型衍射仪 荷兰帕纳科公司；1H核磁共振波谱仪 德国Bruker公司；NDJ-8S数字式旋转粘度仪 转子一套（4支）、测定范围：10～2×106mPa·s，北京恒平仪器厂；GL-20GII型高速冷冻离心机 上海安亭科学仪器厂。

1.2 实验方法

1.2.1 辐照处理 采用第三军医大60Coγ辐照装置，在静态常温条件下进行辐照，将KGM处理剂量设定为0、1、3、5、8kGy。辐照处理后的样品密封于塑封袋，置于低温避光环境贮存，以便进行各项指标性能分析。

1.2.2 紫外光谱分析法 配制浓度为0.4%不同辐照剂量处理的KGM溶液，在4000r/min下离心20min，取上清液，采用UV-2450型紫外可见分光光度计，在200～400nm之间进行扫描。

1.2.3 红外光谱分析法 采用KBr压片，采用傅立叶变换红外光谱仪，在0～1400cm-1区间对辐照后的KGM扫描。

1.2.4 X-射线衍射分析法 采用X’Pert PRO型衍射仪对辐照处理的KGM分析，分析条件：X-射线源，Cu靶，滤波片：石墨单色器，管压40KV，管流40mA，狭缝宽度，扫描速度4°/min，步宽2θ＝0.033°，扫描范围0°～10°，温度25℃。

1.2.5 核磁共振分析法 将辐照后的KGM溶于D2O溶剂中，以D2O为内标，定为3.76ppm。1H核磁共振波谱仪分析，分析条件：探头：5mmQNP1H/13；溶剂：D2O；次数：16。谱线宽度：5995.204HZ，记录质子去偶的1H-NMR。

1.2.6 粘度的测定 精确称取0.05g不同辐照剂量（0、1、3、5、8kGy）处理的魔芋葡甘聚糖，配成100mL样品溶液。采用NDJ-8S数字式旋转粘度仪（测量范围：1～200万mPa·s）测定其粘度。

2 结果与讨论

2.1 紫外光谱析

通过紫外光谱图（见图1）分析，不同辐照剂量辐照KGM后，在287.8nm下有最大吸收峰，KGM的特征官能团无明显变化。

图1 不同辐照剂量处理的魔芋葡甘聚糖的溶液扫描图Fig.1 UV spectrum of the KGM solution under different γ-irradiated dose

2.2 红外光谱分析

对辐照KGM的红外光谱图进行分析，有多糖的特征吸收（见图2）。在810、870cm-1处各个辐照剂量样品都有吸收，表明KGM含有甘露糖，891cm-1有吸收表明糖苷键的连接方式主要为β键；在895.43cm-1处有峰值，认为是β-端基差向异构的C-H变角振动引起的。这一结果与紫外光谱分析结果相互印证，表明辐照处理后的KGM的特征官能团无明显变化。

图2 不同辐照剂量处理的魔芋葡甘聚糖红外光谱图Fig.2 FT-IP spectrum of KGM under different γ-irradiated dose

辐照对乙酰基团有一定的影响，对其进行分析，发现在吸光率为1154cm-1处存在反对称性的C-O-C转化为C=O的弯曲振动。在0～8KGy辐照范围之内，其透过率没有显著改变，亦即其结构没有显著改变，但随着辐照剂量的增加，C=O基团增多使得透过率仍有改变。在透过率为1727.66cm-1处C=O基团明显多。

2.3 X－射线衍射分析

图3 1kGy辐照处理的KGM X-衍射图Fig.3 X-ray diffractogram of KGM irradiated by 1kGy dose

图4 8kGy辐照处理的KGM X-衍射图Fig.4 X-ray diffractogram of KGM irradiated by 8kGy dose

表1 不同辐照剂量处理的魔芋葡甘聚糖的X－衍射特性Table 1 Crystal properties of KGM under different γ-irradiated dose

X－衍射分析（见图3、图4）知，辐照处理后KGM相对光强（Relative Intensity）未发生变化，仍为100（见表1），说明辐照后KGM的无定型结构没有发生明显变化，但其出峰位置发生了变化，从20.1767变为20.4347，这表明在8kGy剂量辐照后的KGM出峰位置变化较大，且峰值显著增高，由822.06变为2796.54。面间距从4.40116变为4.44618，这表明面间距随着辐照剂量的增大逐渐增大。

2.4 核磁共振分析

图5 未辐照KGM核磁共振图Fig.5 1H-NMR Spectra of KGM irradiated by 0kGy

图6 1kGy辐照处理的KGM核磁共振图Fig.6 1H-NMR Spectra of KGM irradiated by 1kGy

图7 8kGy辐照处理的KGM核磁共振图Fig.7 1H-NMR Spectra of KGM irradiated by 8kGy

核磁共振氢谱图（1H-NMR）一定程度上能反映出KGM中糖苷键的构型以及辐照处理前后KGM分子结构的变化情况。张瑜[4]研究表明KGM图谱谱上2.210ppm处为其分子链糖残基上以酯键结合乙酰基氢的位移峰，4.538ppm处为糖残基分子C6位上羟基氢的位移峰，4.143～3.378ppm处为糖环上其他羟基氢等的位移峰。张迎庆等[5]研究报道KGM经酶解产物的1H-NMR图谱中的δ=2.077ppm处吸收峰为C6上质子信号。通常α-型吡喃己糖C1质子δ值超过5.0ppm，而β型则小于5.0ppm，α构型糖苷的异头氢的共振比β构型糖苷向低场位移0.3～0.5ppm。由KGM核磁共振图谱（见图5～图7）分析可知，未辐照KGM在2.2760ppm处有位移，随着辐照剂量的增大，此处位移峰有增高趋势，说明乙酰基氢增多，即乙酰基团增多；未辐照的KGM在4.58239ppm处有非常弱的位移峰，经辐照处理之后此处位移峰消失，也即说明C6上羟基氢不存在了。辐照处理引起羟基氢的减少，将引起KGM吸水膨胀能力降低。

2.5 粘度分析

辐照前后魔芋葡甘聚糖的粘度变化（见图8），随着辐照剂量的增大，KGM粘度逐渐下降，在1kGy剂量辐照下KGM其粘度达到3.0万Pa·s，8kGy辐照的KGM粘度明显下降，只有1.5万Pa·s。

图8 不同辐照剂量处理的魔芋葡甘聚糖粘度值Fig.8 Viscosity average molecular of KGM under different γ-irradiated dose

3 结论

研究表明，辐照处理引起KGM长链分子上少量糖苷断裂，KGM的特征官能团无明显变化。少量的吡喃环上的糖苷键断裂，产生了羰基，同时羟基氢减少；无定型结构没有发生明显变化，但其X－衍射图谱峰值显著增高，面间距随辐照剂量的增大而增大。红外光谱和核磁共振图谱分析表明KGM糖苷键仍是β-型吡喃己糖，羰基基团增加的同时羟基氢减少，KGM的黏度随着辐照剂量的增大而明显下降。

[1]刘佩英主编.魔芋学[M].第一版.北京：中国农业出版社，2003：271-272.

[2]孙远明，吴青，谌国莲，等.魔芋葡甘聚糖的结构、食品学性质及保健功能[J].食品与发酵工业，1999，25（5）：47-51.

[3]Panida Prawitwong，Shoji Takigami，Glyn O Phillips.Effects of γ -irradiation on molar and properties of Konjac mannan[J].FoodHydrocolloids，2006（10）：1-5.

[4]张瑜.魔芋胶与羧甲基魔芋胶为结肠定位给药系统载体材料的应用研究[D].成都：四川大学，2006：19-21.

[5]张迎庆，干信，邹群，等.魔芋葡甘低聚糖硫酸酯化衍生物的制备及结构分析[J].药物生物技术，2001（8）：200-203.